CN1792988A - 一种新型的建筑材料—竹筋混凝土及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的建筑材料——竹筋混凝土以及该竹筋混凝土的成型方法。通过使用经过处理的竹筋、和/或竹团块、和/或络合丝配合以传统混凝土填充物，包括水泥、沙、石子等，加水搅拌并凝固后，形成的竹筋混凝土具有成本低、取材及加工容易、可节约钢材、重量轻、热传导系数低、节能、环保等优点，可作为钢筋混凝土的补充和局部替代品，或者直接代替钢筋混凝土。

Description

一种新型的建筑材料——竹筋混凝土及其成型方法

技术领域    本发明涉及建筑行业，特别涉及一种新型的建筑材料——竹筋混凝土及其成型方法。

背景技术    传统的建筑中，大量使用钢筋混凝土。钢筋混凝土是由钢筋作为基本构架，配以适当比例的石子、沙与水泥并加水搅拌，灌注到钢筋组成的结构框架中，凝固后形成的一种建筑材料。

钢筋混凝土被发明后，极大地改变了建筑设计和工程理念，使建筑业出现了巨大的变革。当世界经济有了较大发展的时候，公众对于各种建筑的需求量加大，造成钢筋混凝土的需求量大幅增长，产生了对混凝土用钢筋、石子等材料的大量需求。

但是，使用钢筋混凝土这种建筑材料在实际应用存在许多问题，给建筑行业的进一步发展造成了一定的限制。比如制作钢筋混凝土需要耗费大量的不可再生的钢材和石材，造成对资源的大量消耗；钢筋混凝土自身的重量较重，为承托其自身荷载又要加大混凝土构件在建筑中所占的比例，使得这个问题的解决始终是个矛盾；承建混凝土结构建筑时，因为自身荷载大导致运输钢筋和石子等钢筋混凝土组成物时要耗费大量资源；钢筋的生产需要经历矿石开采、钢铁冶炼、轧制等多种工序，其间也会产生大量的能源消耗；石子的开采要经开山、挖河等，也会产生破坏自然环境等问题。除了对能源的消耗大以及会破坏自然环境等缺点之外，传统的钢筋混凝土结构这种建筑材料本身也存在一些缺陷，例如，混凝土产品的实现是由钢筋作为主支撑筋，灌注一定比例的水泥、沙、石子以及用于强化的添加剂，加水搅拌来实现混凝土的成型。而在现有的混凝土结构中，缺少一种既有韧性又廉价的纤维性络合物来维持其细小单元的结构稳定性，因此当气候或使用条件变化时，混凝土的局部容易出现裂缝，给使用钢筋混凝土的建筑的安全性带来隐患。

由此可见，找到钢筋和石子的替代物不但是节约能源、保护生态环境的关键，也是对建筑材料本身性能的进一步改进和完善。

发明内容    本发明的目的在于提供一种新型的建筑材料——竹筋混凝土及其成型方法。竹是一种在自然条件下能大量生产的资源，具有成本低、取材及加工容易、可节约钢材、重量轻、热传导系数低、节能、环保等优点，可作为钢筋混凝土的补充和局部替代品，或者直接代替钢筋混凝土。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种应用在建筑领域中的建筑材料——竹筋混凝土，其特征在于：

所述竹筋混凝土是由竹筋、竹团块、络合丝其中的一种或者几种材料配合水泥、沙、石子等公知的混凝土填充物组合后加水搅拌并凝固而成的；

所述竹筋是由天然竹经加工制成细长的条状物，置于混凝土中作为支撑筋，形成竹筋混凝土；

所述竹筋可以采用树脂、油漆、水泥砂浆或化学防护剂对竹筋进行浸渍和表面涂刷，进行防火、防腐、防虫处理；

所述竹团块是以天然竹切割成多边角块状物，或以细竹丝等天然纤维经编织或捆扎成为粗竹绳，经树脂、油漆、水泥砂浆或化学防护剂浸渍后，再切割成短竹绳段，以局部代替混凝土中的石子；

所述络合丝是用竹加工成短小的细竹丝，均匀搅拌在混凝土中，作为强化混凝土的络合物；或者

所述络合丝是用玻璃纤维经树脂喷涂后加工成短小的树脂玻璃纤维丝，均匀搅拌在混凝土中，作为强化混凝土的络合物；或者

所述络合丝是用钢加工成短小的细钢丝，均匀搅拌在混凝土中，作为强化混凝土的络合物；

所述竹筋的使用直径大于天然竹厚度时，将由多根竹筋合成一根较大直径的竹筋；

由多根竹筋合成一根较大直径的竹筋可以是由多根竹筋平行捆扎或粘合成的集束竹筋；或者

由多根竹筋合成一根较大直径的竹筋可以是由多根竹筋交错编织成的纽绞竹筋；

一种竹筋混凝土的成型方法，其特征在于，该方法包括：

A.由天然竹经分割制成细长的竹筋，经树脂、油漆、水泥砂浆或化学防护剂进行防火、防腐、防虫浸渍，对竹筋进行粘合、捆扎、编织，或用联结件装配而成，在混凝土内部形成支撑构架，类同钢筋支撑网；

B.灌充规定比例的水泥、沙、石子组合，加水搅拌并使混合物凝固，制成竹筋混凝土；

所述步骤A进一步包括：竹筋骨干成型的结构参照钢筋混凝土中的钢筋结构，或多根竹筋并列组合形成竹排，或交错成竹网，由结合件固定构成竹筋混凝土的骨干结构；

所述竹筋多根使用时的结合件可以是多孔金属套管；

所述步骤B进一步包括：灌充规定比例的水泥、沙、石子时可以用竹团块代替部分或者全部石子组合而成制成竹筋混凝土；其中

所述的竹团块是以天然竹切割成多边角块状物，或以细竹丝经编织或捆扎成为粗竹绳，经树脂、防火漆、水泥砂浆或化学防护剂浸渍后，再切割成短竹绳的方法构成；

所述步骤B之后进一步包括：可以将络合丝均匀搅拌在混凝土中，作为强化混凝土的络合物。其中

所述的络合丝可以是用竹加工成细竹丝，均匀搅拌在混凝土中，作为强化混凝土的络合物；或者

所述的络合丝可以是用钢加工成细钢丝，均匀搅拌在混凝土中，作为强化混凝土的络合物；或者

所述的络合丝可以是用玻璃纤维加工成短纤维，经树脂喷涂后成为树脂玻璃丝，均匀搅拌在混凝土中，作为强化混凝土的络合物。

所述竹筋的联结件可以是一种内孔大于竹筋外径，用于对竹筋联结部位接头进行固定的多孔金属套管；

所述竹筋联结件在联结部位与竹筋接头的多孔金属套管的方向可以是根据竹筋联结需要而构成的多种方向的组合；

所述竹筋联结件在联结部位多孔金属套管内对竹筋接头的固定方法用粘合剂进行粘合；

所述竹筋联结件在联结部位多孔金属套管内对竹筋接头的固定方法可以是用压线钳对金属管进行挤压以固定竹筋接头；

由上述方案可以看出，本发明的关键在于：利用竹这种可大量自然生长的资源，局部替代钢铁，在建筑中局部应用竹筋混凝土，减小了钢铁在矿石开采、冶炼、轧制、运输过程中的能源消耗；采用竹筋、竹团块替代部分石子，减少了石子开采对环境的破坏，同时又大幅度减轻了混凝土建筑材料的自身重量，达到减轻建筑荷载，节约能源的目的。

因此，本发明提供的竹筋混凝土及其成型方法，具有比公知的钢筋混凝土更多的优势：取材容易、成本低、重量轻、节能、环保等多种优点，在某些场景下可以作为钢筋混凝土的补充和局部替代品，实现降低建筑整体能耗和成本，构建节约型社会的目的。

具体实施方式    本发明公开了一种新型建筑材料竹筋混凝土及其成型方法，这种竹筋混凝土及其成型方法其特征在于：所述竹筋混凝土由四部分组成：(1)竹筋：是以天然竹制成的竹筋在混凝土内部形成支撑构架，由天然竹经分割制成细长的筋，经防火、防腐、防虫浸渍，对竹筋进行粘合、捆扎、编织，或用联结件装配而成的；(2)竹团块：以天然竹切割成多边角块状物，或以细竹丝经编织或捆扎成为粗竹绳，经树脂、水泥砂浆或防护液浸渍后，再切割成短竹绳段，以局部代替混凝土中的石子；(3)络合丝：用短小的细竹丝均匀添加到混凝土结构中，作为强化混凝土的络合物；或用短玻璃纤维丝经树脂喷涂后均匀添加到混凝土结构中，作为强化混凝土的络合物；或用短小的细钢丝均匀添加到混凝土结构中，作为强化混凝土的络合物；(4)填充物：作为混凝土主体的水泥、沙、石子等；以上各部分使用与公知的混凝土相同的加水、搅拌、凝固成型等过程之后就成为竹筋混凝土。

竹筋混凝土的实现还有多种方法：

(1)在公知的混凝土中，只以竹筋代替钢筋形成的竹筋混凝土；(2)在公知的混凝土中，只以竹团块代替石子组成的竹团块筋混凝土；(3)在公知的混凝土中，只以细竹丝作为混凝土络合丝组成的竹筋混凝土；(4)在公知的混凝土中，只以细钢丝作为混凝土络合丝组成的竹筋混凝土；(5)在公知的混凝土中，只以竹筋替代钢筋、竹团块替代石子组成的竹筋混凝土；(6)在公知的混凝土中，只以竹筋替代钢筋、以细竹丝作为络合丝组成的混凝土；(7)在公知的混凝土中，只以竹筋替代钢筋、以细钢筋作为络合丝组成的混凝土；(8)在公知的混凝土中，只以竹筋替代钢筋、以树脂玻璃丝作为络合丝组成的混凝土；(9)在公知的混凝土中，只以竹团块替代石子、络合丝作为附加络合物组成的混凝土。

竹筋混凝土的成型方法是搭建竹筋骨干构架，在竹筋构架间加入规定比例的水泥、沙、石子，或以竹团块代替部分石子，再均匀加入络合丝，经搅拌后，灌充到竹筋骨干所在的预定空间。这里的实施方法类似钢筋混凝土的施工。只是竹筋的骨干的搭建方法及竹筋的结合方法与钢筋有不同之处：(1)弯曲方法不同：钢筋一般为冷弯，竹筋需要加湿、加热进行弯曲；(2)连接方法不同：钢筋可以焊接，竹筋需要捆扎、粘结或用多孔金属套管沿不同方向将竹筋固定。

所述竹筋是由天然竹经加工制成细长的条状物，置于混凝土中作为支撑筋，形成竹筋混凝土。选择天然竹时应注意，要选择多年生的老竹，而不能选用当年生长的新竹。因为新竹内的竹纤维不够坚韧，不适宜做混凝土中的竹筋。竹筋的加工方法在民间流传多年，不再详述。还可以制作专用机械，使竹筋快速成型。

所述竹筋采用树脂、防火漆、水泥砂浆或化学防护剂对竹筋进行浸渍和表面涂刷，进行防火、防腐、防虫处理。竹筋的最大弱势是怕火，也不能承受可使竹筋焦灼的高温。所以应根据竹筋的不同应用环境选择浸渍和涂刷材料。一般情况下，采用水泥砂浆浸渍就可达到防火、防虫、防腐的目的；对于要求较高的环境，可用环氧树脂、防火漆、防火涂料等进行涂刷。

竹筋在搭建混凝土骨架的过程中应用细丝状捆扎物对竹筋组合进行相对位置的固定。这里的细丝状捆扎物，主要是指细竹丝、细铁丝和细钢丝，也可制作专用的多孔金属套管对竹筋进行固定。

竹筋的使用直径大于天然竹厚度时，将由多根竹筋合成一根较大直径的竹筋。由于天然竹的厚度有限，制作较大直径的竹筋时，要用多根竹筋合成。这样做的好处是：不同竹筋同时受到巨大的剪切力时，其表现出的受力状态并不一致，当继续受到更大的剪切力时，单根竹筋会在不同的界面上陆续撕裂，这样就减少或减缓了混凝土建筑遇到如地震等意外灾害时突然坍塌的概率，提高了建筑的安全系数。

由多根竹筋合成一根较大直径的竹筋的方法是：由多根竹筋平行捆扎或粘合成的集束竹筋。使用多根竹筋捆扎成一根较大直径的竹筋，这种捆扎方法有很多：用细竹丝捆，用铁丝或钢丝捆，或制作专用的合成材料捆扎带捆扎。采用粘合的方式，只是为了保持较大竹筋的相对形状。粘合剂由于容易老化，故不应使粘合剂承担竹筋受力点的主要粘合任务，而更多地采用传统的捆扎方法，或使用套管固定后再粘接的方法保持竹筋构架的形状。

由多根竹筋合成一根较大直径的竹筋的方法是：由多根竹筋交错编织成的纽绞竹筋。纽绞竹筋的另一种称谓是“竹绳”。也就是先把竹制成细丝，用编绳子一样的方法把竹丝制成竹绳。这样做的好处是：竹丝会在多方向上产生分力，不论是剪力还是拉力，这样编成的竹绳有更高的强度。

竹筋的联结件可以是一种对竹筋联结部位接头进行固定的多孔金属或合成材料套管；

竹筋在联结部位套管内的接头用粘合剂进行粘合；

竹筋在搭建混凝土骨架的过程中应用多孔套管对竹筋组合进行相对位置的固定。这里的多孔套管，主要是指多孔钢套管、多孔铝合金套管、多孔合成树脂套管或金属/非金属复合套管。套管的内孔径大于竹筋外径，便于竹筋插入；竹筋插入后，可用粘合剂粘结，或用压紧金属管的方法使竹筋位置相对固定。

竹筋并排使用时的结合件可以是由带孔竹板制成的长方形带排孔竹筋；

竹筋混凝土的弯曲工艺有多种：

(1)工厂加工：在工厂将竹筋制成大批量的定型产品，供工程单位选用；

(2)自然成型：现场施工时，利用竹筋的韧性使其弯曲后固定为混凝土骨架；

(3)现场加工：在施工现场对竹筋进行加湿、加热后煨弯成型；

(4)定制加工：在具体的建筑工程中，预先设置加工场地，用加湿、加热的方法进行特殊形状竹筋的定制加工；

竹团块是一种混凝土中石子的替代物。竹团块主要由两种方法获得：

(1)以天然竹切割成多边角块状物；

(2)以细竹丝经编织或捆扎成为粗竹绳，经树脂、防火漆、水泥砂浆或化学防护剂浸渍后，再切割成短竹绳。

竹团块代替石子可以达到减轻重量和增加附着力的效果：传统的混凝土中，石子占有较大空间和重量，这对增加混凝土的牢固度有帮助，但同时也会大幅度增加混凝土自身的重量，致使完成混凝土工程过程中增加石子的开采量和运输量，建筑物又要用更强大的结构来支撑自身的荷载。

竹团块经水泥砂浆浸渍后，增加了在混凝土结构中的亲和力，特别是短竹绳类的竹团块带有多根外露细竹筋，形成的团块具有更大的表面积，因此其在混凝土中的附着力要大于石子。但在大量使用竹团块时，要考虑其与石子的比较成本。

络合丝是加强混凝土局部强度的添加物。用传统方法采用石灰、水泥进行建筑施工时，常添加麻丝、玻璃纤维等络合物以增强石灰、水泥的局部强度，减少开裂。借鉴这种方式，可使用经浸渍处理的竹丝作为络合物添加到混凝土中。络合竹丝具有强度高、柔韧性好、取材容易、成本低、环保等优势。当竹丝作为络合物添加到混凝土中时，会使其所在周边的水泥，沙与竹团块有更好的关联度，达到增强混凝土局部强度、减少开裂的目的。

在特殊场合进行施工时，也可采用短小的玻璃纤维作为络合物，或以短小的细钢丝作为络合物。以细钢丝作为络合丝可制成特种混凝土。玻璃纤维作为络合丝在建筑中已有成熟的应用案例。在竹筋混凝土的实施中，将玻璃纤维的表面喷涂环氧树脂，制成树脂玻璃纤维，可增强作为络合丝的玻璃纤维的强度。

竹筋混凝土的另一个优势是：可以解决建筑中室内无线电波的过度屏蔽问题。在大量使用钢筋混凝土的建筑中，由于大量使用钢筋，使很多小功率、短距离的无线通信设备的信号受到屏蔽，以致不得不使用另外的信号增强器来弥补。这种小功率、短距离的无线传输方式，正是当今无线通信的一个重要发展方向，如蓝牙技术、WiMax、数字家庭的无线互联技术，等。在混凝土中采用竹筋后，可以实现一种“无线电窗口通道”效应，减少建筑内无线电信号的遮挡或屏蔽，使其在有需求的建筑物内传输距离更远。

竹筋混凝土可以作为钢筋混凝土的局部替代物。对火灾风险较低或可独立修复的建筑物或建筑产品，如高层建筑物非承重墙体、小型水坝、隧道、下水管道、小型桥梁、游泳池或储水池、火电厂热交换器、低层民居、军事堡垒、机场承压地面、电线杆、铁道混凝土枕、填海混凝土块，等。

竹筋混凝土也可以完全取代钢筋混凝土，但是有一些条件限制，因为竹筋混凝土的缺点是抗高温能力差，当一座建筑发生重大火灾时，高温烘烤将使竹筋碳化，混凝土强度会大幅度降低。故竹筋混凝土不适宜在有高火险级别且受灾后无法局部修复的建筑中使用。

综上所述，应用本发明方法，以竹筋代替钢筋制作竹筋混凝土，加之采用了竹团块和络合丝，将大幅度减轻混凝土的重量，增加混凝土构件的强度；竹筋及竹团块的热传导性较低，易于建筑节能；竹筋及竹团块重量轻，与石子运输相比可加大运载量，运输成本低，非常适合在边远地区的基本建设、紧急救灾中的抢救性建筑、战争中临时工事及机场跑道的构建。竹的生长地域分布较广，易于在不同的建筑工程中就地取材。特别是，竹是一种在自然条件下可大量重复生产的资源，且成本较低，没有钢筋生产过程中的能耗，也没有石子开采中对环境的破坏，符合节能、环保、可持续发展的理念。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1、一种应用在建筑领域中的建筑材料——竹筋混凝土，其特征在于：

所述竹筋混凝土是由竹筋、竹团块、络合丝其中的一种或者几种材料配合水泥、沙、石子等传统混凝土填充物组合后加水搅拌并凝固而成的。

2、根据权利要求1所述的竹筋混凝土，其特征在于：所述竹筋是由天然竹经加工制成细长的条状物，置于混凝土中作为支撑筋，形成竹筋混凝土。

3、根据权利要求1所述的竹筋混凝土，其特征在于：所述竹筋可以采用树脂、油漆、水泥砂浆或化学防护剂对竹筋进行浸渍和表面涂刷，进行防火、防腐、防虫处理。

4、根据权利要求1所述的竹筋混凝土，其特征在于：所述竹团块是以天然竹切割成多边角块状物，或以细竹丝等天然纤维经编织或捆扎成为粗竹绳，经树脂漆、水泥砂浆或防护液浸渍后，再切割成短竹绳段，以局部代替混凝土中的石子。

5、根据权利要求1所述的竹筋混凝土，其特征在于：所述络合丝是用竹加工成短小的细竹丝，均匀搅拌在混凝土中，作为强化混凝土的络合物；或者所述络合丝是用玻璃纤维经树脂喷涂后加工成短小的树脂玻璃纤维丝，均匀搅拌在混凝土中，作为强化混凝土的络合物；或者

所述络合丝是用钢加工成短小的细钢丝，均匀搅拌在混凝土中，作为强化混凝土的络合物。

6、根据权利要求1所述的竹筋混凝土，其特征在于：所述竹筋的使用直径大于天然竹厚度时，将由多根竹筋合成一根较大直径的竹筋；

由多根竹筋合成一根较大直径的竹筋可以是由多根竹筋平行捆扎或粘合成的集束竹筋；或者

由多根竹筋合成一根较大直径的竹筋可以是由多根竹筋交错编织成的纽绞竹筋。

7、一种竹筋混凝土的成型方法，其特征在于，该方法包括：

A.由天然竹经分割制成细长的竹筋，经树脂、油漆、水泥砂浆或化学防护剂进行防火、防腐、防虫浸渍，对竹筋进行粘合、捆扎、编织，或用联结件装配而成，在混凝土内部形成支撑构架，类同钢筋支撑网；

B.灌充规定比例的水泥、沙、石子组合，加水搅拌并使混合物凝固，制成竹筋混凝土。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述步骤A进一步包括：竹筋骨干成型的结构参照钢筋混凝土中的钢筋结构，或多根竹筋并列组合形成竹排，或交错成竹网，由结合件固定构成竹筋混凝土的骨干结构；

所述竹筋多根使用时的结合件可以是多孔金属套管。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述步骤B进一步包括：灌充规定比例的水泥、沙、石子时可以用竹团块代替部分或者全部石子组合而成制成竹筋混凝土；其中

所述的竹团块是以天然竹切割成多边角块状物，或以细竹丝经编织或捆扎成为粗竹绳，经树脂、油漆、水泥砂浆或化学防护剂浸渍后，再切割成短竹绳的方法构成。

10、根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述步骤B之后进一步包括：可以将络合丝均匀搅拌在混凝土中，作为强化混凝土的络合物。其中

所述的络合丝可以是用竹加工成细竹丝，均匀搅拌在混凝土中，作为强化混凝土的络合物；或者

所述的络合丝可以是用钢加工成细钢丝，均匀搅拌在混凝土中，作为强化混凝土的络合物；或者

所述的络合丝可以是用玻璃纤维加工成短纤维，经树脂喷涂后成为树脂玻璃丝，均匀搅拌在混凝土中，作为强化混凝土的络合物。